NL8802077A - Werkwijze voor het chemisch ontharden van water met de kristallisatiemethode in een korrelreactor. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het chemisch ontharden van water met dekristallisatiemethode in een korrelreactor.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op eenwerkwijze voor het chemisch ontharden van water met dekristallisatiemethode in een korrelreactor, waarbij water inaanwezigheid van een de kristallisatie bevorderend> entmateriaal wordt gemengd met een gescheiden van het watergeïnjecteerd alkalisch middel, dat de hardheidsbestanddelendoet kristalliseren op het entmateriaal.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit hetNederlandse octrooischrift 153 501. Volgens de bekendewerkwijze wordt het te ontharden water in zijn geheel in dekorrelreactor behandeld met het alkalische middel.

Ofschoon de bekende werkwijze bevredigenderesultaten oplevert ten aanzien van de vereiste ontharding,blijken aan de bekende methode in de praktijk een aantalbezwaren te kleven.

In de eerste plaats is de bekende methode kostbaar,daar gebleken is, dat er een overmaat alkalisch middel nodigis voor het ontharden van het door de reactor gevoerde water.

Bovendien dient het ontharde water, dat de reactorverlaat met behulp van zuur op de evenwichts-pH te wordengebracht, alvorens het water gebruikt kan worden.

Tenslotte zijn relatief grote reactoren en filtersvereist doordat het volledige debiet behandeld wordt.

Opgemerkt wordt, dat de met de ontharding van waterin een korrelreactor gepaard gaande kosten nagenoeg volledigworden bepaald door de kosten van de gebruikte chemicaliën,reactoren en filters.

De onderhavige uitvinding beoogt thans eenwerkwijze te verschaffen, waarbij de bovengenoemde nadelen opdoeltreffende wijze worden opgeheven.

Hiertoe verschaft de onderhavige uitvinding eenwerkwijze voor het chemisch ontharden van water met dekristallisatiemethode in een korrelreactor, waarbij water inaanwezigheid van een kristallisatie bevorderend entmateriaalwordt gemengd met een gescheiden van het water geïnjecteerdalkalisch middel, dat de hardheidsbestanddelen doet kristalliseren op het entmateriaal, met het kenmerk, dat eendeel van het te ontharden water in de reactor, die isvoorzien van het entmateriaal van geschikte korrelgrootte,diep wordt onthard en het aldus ontharde water vervolgens5 buiten de reactor wordt opgemengd met niet onthard water ineen zodanige verhouding, dat het resulterende gemengde waterde gewenste hardheid heeft.

In de praktijk is gebleken, dat het dikwijls nietnoodzakelijk is, dat praktisch alle hardheidsbestanddelen, 3 met name calcium, uit het water worden verwijderd, ofschoonzulks in een korrelreactor technisch mogelijk is.

Zo kan bijvoorbeeld het te ontharden water eenCa-hardheid hebben van 3 mmol/1. Vereist is bijvoorbeeld, datdit ruwe water wordt onthard tot een Ca-hardheid van 1,5ï mmol/1. Technisch is het echter mogelijk het ruwe water teontharden tot een Ca-hardheid van 0.2 mmol/1.

Volgens de onderhavige uitvinding is thans verras-senderwijze gebleken, dat men volstaan kan met een deel vanhet water met een Ca-hardheid van 3 mmol/1 diep te onthardeni en wel tot 0.2 mmol/1 en vervolgens het aldus diep onthardewater op te mengen buiten de reactor met het ruwe water meteen Ca-hardheid van 3 mmol/1 onder oplevering van water datten slotte de vereiste Ca-hardheid heeft van 1,5 mmol/1.

Volgens dit voorbeeld dient slechts 54% van hetwater in de reactor te worden behandeld, waaraan buiten dereactor 46% onbehandeld water wordt toegevoegd onder opleve¬ring van water met de vereiste Ca-hardheid Van 1,5 mmol/1.

Daar nu slechts ongeveer de helft van het ruwewater door de korrelreactor wordt gevoerd betekent dit datmen volgens de uitvinding te maken heeft met een veel lagerdebiet hetgeen impliceert, dat men met veel kleinerereactoren kan volstaan. Nog belangrijker is echter dat opdeze wijze een significante besparing van het alkalischemiddel wordt verkregen zoals loog, kalkmelk of natrium-carbonaat, hetgeen verrassend te noemen is.

Het een en ander kan als volgt worden verklaard.

1. Neutralisatie van CO2 is alleen nodig in dedeelstroom, die diep onthard wordt. In de praktijk levert diteen besparing op van 0.1 a 0.2 mmol/1 aan alkalisch middel.

2. Gewoonlijk is van het alkalische middel eenovermaat nodig van 0,15 mmol/1, welke overmaat echter alleennodig is voor dat deel van het ruwe water, dat door dereactor wordt gevoerd.

i 3. Na menging met ruwe water is het verkregen water nagenoeg in evenwicht. Dit is een zeer belangrijk aspect eneen eigenschap van het kalk-koolzuurevenwicht, te wetenCaC(>3 + CC>2 + H2O < ; Ca2+ + 2 HCO3". Bij menging van hard met zacht water ontstaat i.h.a. zogenaamd aggressief water, 1 d.w.z. met een pH lager dan de evenwichts-pH. Hierdoor gaatbij menging van diep onthard water met niet-onthard water deovermaat verloren en dat is wat juist gewenst is, te weten,dat het water in evenwicht is.

Op verrassende wijze wordt volgens de uitvindingvoorts een besparing op het zuurverbruik (HC1 of H2SO4,pH-correctie na reactor) hetgeen eveneens verrassend is.

Normaliter is de correctie van de pH noodzakelijkom oververzadiging tegen te gaan alsmede afzetting tevoorkomen. Opgemerkt zij, dat CO2 in het ruwe water als zuurdient.

Bovendien is verrassend, dat er minder carry-overis en derhalve de filterbelasting geringer is. Opgemerkt zij,dat de carry-over vrijwel onafhankelijk is van de diepte vanontharding evenals de overmaat.

Zoals eerder vermeld worden de onthardingskostenvoornamelijk bepaald door de kosten van chemicaliën,reactoren en filter, hetgeen betekent dat de bovengenoemdevoordelen van bijzonder groot belang zijn voor het efficiënten goedkoop ontharden van water.

Als alkalisch middel gebruikt men bij voorkeur loogof kalkmelk. Ook Na2C03 kan gebruikt worden als alkalischmiddel.

Voor het verkrijgen van goede resultaten bijminimum kosten is het voorts van belang om aandacht tebesteden aan het korrelbed. Gebleken is immers volgens deuitvinding, dat het procesrendement c.q. de Chemicaliënkostenvan de korrelreactoren gunstig wordt beïnvloed door eenoptimaal bedbeheer. Met name is gebleken, dat de korrel-diameter van het entmateriaal en de na de ontharding verkregen korrel bijzonder belangrijk is voor het bereikenvan het bovengenoemde doel. Kleinere korrels hebben eengroter specifiek oppervlak en derhalve een hoger rendement.

De korrelgrootte van het entmateriaal bedraagt5 gewoonlijk 0,1 tot 0,8 mm en bij voorkeur 0,2 tot 0,4 mm.

De na het ontharden verkregen korrels worden gewoonlijk uitde reactor af gevoerd, wanneer zij zijn aangegroeid tot eengrootte van ca. 0,8 tot 3 mm, ofschoon een korrelgrootte van0,8 tot 1,2 mm de voorkeur verdient.

0 Wanneer men de hierna volgende maatregelen in acht neemt kunnen volgens de uitvinding nog stabielere engunstigere resultaten worden verkregen.

Zo wordt bijvoorbeeld door verwijding (conus) vanhet bovenste cilindrische deel van de reactor een meer5 stabiele stroming verkregen, waardoor uitspoelen van kleineentmateriaaldeeltjes wordt voorkomen.

Van belang is voorts dat het aftappen van dekorrels plaatsvindt onder in de reactor, zodat zodoendealleen grote korrels worden verwijderd.

> Verder wordt de efficiëntie van de onderhavige werkwijze gunstig beïnvloed, wanneer korrelaftap enentmateriaaltoevoer geautomatiseerd worden met als resultaat,dat door frequent aftappen/toevoeren van kleine hoeveelhedenkorrels men de korreldiameter in een reactor binnen nauwemarges kan houden.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt thans aande hand van het volgende niet liniatieve voorbeeld nadertoegelicht.

Voorbeeld

Ruw water met de hierna volgende samenstellingwordt volgens de gebruikelijke methode (vergelijkingsproef)en volgens de uitvinding onthard op de hierna aangegevenwijze.

Samenstelling van het te ontharden water:

Temperatuur (Celc) : 10.00

Ionsterkte (mmol/1) : 12.00

Calcium (mmol/1) : 2.80 pH : 7.20 m-waarde (mmol/1) : 6.00 p-waarde (mmol/1) : -1.00 C02 (mmol/1) : 1.01 HC03 (mmol/1) : 5.99 C03 (mmol/1) : 0.00

Bufferindex (mmol/1.pH) : 2.23

Verzadigingsindex : 0.06

Oververzadigd CaC03 (mmol/1) : 0.08

Vergelijkingsproef (onthardinq volgens de gebruikelijke wijze)

Om dit water te ontharden tot 1,16 mmol/1 Ca is 2,50 mmol/1 NaOH vereist, terwijl het ontharde water dan 0,15mmol/1 oververzadigd CaC03 bevat, hetgeen weer met behulp van0,15 mmol/1 HCl geneutraliseerd moet worden (zie onderstaandetabel).

Kwaliteit van het water na de behandeling volgens deuitvinding

Toegevoegde hoeveelheid (1) NaOH

Condities: A: na toevoeging B: na precipitatie tot evenwicht C: na precipitatie tot 0.15 mmol/1 oververzadigd CaC03Doses en concentraties in (mmol/1)

<1> IONST Ca p m pH BI SI

2.00 14.99 2.80 1.00 8.00 9.55 2.44 2.38 <A> 9.72 1.37 -0.43 5.14 7.50 1.04 -0.00 <B> 10.18 1.52 -0.28 5.44 7.70 0.73 0.27 <C> 2.50 16.53 2.80 1.50 8.50 9.75 3.41 2.54 <A> 9.70 1.01 -0.29 4,93 7.65 0.74 0.00 <B> 10.16 1.16 -0.14 5.23 7.95 0.44 0*f38 <C> 3.00 17.69 2.80 2.00 9.00 9.92 4.25 2.66 <A> 9.25 0.65 -0.15 4.69 7.87 0.46 0.00 <B> 9.74 0.80 -0.00 4.99 8.37 0.28 0.62 <C> 3.50 18.85 2.80 2.50 9.50 10.06 4.92 2.74 <A> 8.81 0.72 -0.03 4.44 8.26 0.26 0.00 <B> 9.35 0.42 0.12 4.74 8.84 0.40 0.77 <C>

Onthardincr volgens de uitvinding

Een eindhardheid van 1,16 mmol/1 Ca kan eveneensbereikt worden door een deelstroom van 64% diep te onthardentot 0,42 mmol/1 Ca. Hiervoor is 3,50 mmol/1 NaOH in de deel¬stroom vereist, terwijl het gemengde ontharde water dan nogslechts 0,04 mmol/1 oververzadigd CaC03 bevat, hetgeen metbehulop van 0,04 mmol/1 HC1 geneutraliseerd moet worden (zieonderstaande tabel).

Temperatuur (Celc) : 10.00

Ionsterkte (mmol/1) : 10.80

Calcium (mmol/1) : 1.16 OH : 7.68 m-waarde (mmol/1) : 5.19 p-waarde (mmol/1) : -0,28 C02 (mmol/1) : 0.29 hco3 (mmol/1) : 5.17 C03 (mmol/1) : 0.01

Bufferindex (mmol/1.pH) : 0.74

Verzadigingsindex : 0.10

Oververzadigd CaC03 (mmol/1) : 0.04

Samenvattend worden de volgende voordelen bereiktmet deelstroombehandeling, d.w.z. volgens de uitvinding: 1. Besparing op het verbruik aan base (NaOH,

Ca(OH)2 Of Na2C03) als gevolg van: -dosering overmaat is slechts nodig in deelstroom-neutralisatie CO2 is slechts nodig in deelstroom

In het voorbeeld is het verbruik aan NaOH slechts0,64 x 3,50 = 2,24 mmol/1 in plaats van 2,50 mmol/1, dus eenbesparing van 0,26 mmol/1.

2. Besparing op het verbruik aan zuur (HCl of H2SO4)welke vereist is om de overmaat te neutraliseren. In hetvoorbeeld is het verbruik aan HCl slechts 0,04 mmol/1 inplaats van 0,15 mmol/1 dus een besparing van 0,11 mmol/1. Inde praktijk kan de zuurdosering bij deelstroombehandelingvaak geheel achterwege blijven.

3. Besparing op volume van reactor doordat slechtseen deelstroom behandeld wordt. In het voorbeeld bedraagt hetdeelstroompercentage 64, dus de besparing op het benodigdereactorvolume 36%.

4. Besparing op volume van filters doordat decarry-over alleen in de diep ontharde deelstroom ontstaat envrijwel onafhankelijk is van het onthardingstrajeet. In hetvoorbeeld bedraagt het deelstroompercentage 64, dus debesparing op carry-over, filterbelasting en filtervolume ca.36%.

Claims (10)

1. Werkwijze voor het chemisch ontharden van watermet de kristallisatiemethode in een korrelreactor, waarbijwater in aanwezigheid van een kristallisatie bevorderendentmateriaal wordt gemengd met een gescheiden van het watergeïnjecteerd alkalisch middel, dat de hardheidsbestanddelendoet kristalliseren op het entmateriaal, met het ken¬merk, dat een deel van het te ontharden water in dereactor, die is voorzien van het entmateriaal van geschiktekorrelgrootte, diep wordt onthard en het aldus ontharde watervervolgens buiten de reactor wordt opgemengd met niet onthardwater in een zodanige verhouding, dat het resulterendegemengde water een gewenste hardheid heeft.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t h e tkenmerk, dat als alkalisch middel loog wordt gebruikt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t hetkenmerk, dat als alkalisch middel kalkmelk wordtgebruikt.

4. Werkwijze volgens conclusie l, met hetkenmerk, dat als alkalisch middel soda wordt gebruikt.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met hetkenmerk, dat de korrelgrootte van het entmateriaal van0,1 tot 0,8 mm is.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, m e t hetkenmerk, dat de korrelgrootte van het entmateriaal 0,2tot 0,4 mm is.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met hetkenmerk, dat korrels met de daarop uitgekristalliseerdehardheidsbestanddelen met een korrelgrootte van 0,8 tot 3 mmuit de reactor worden verwijderd.

8. Werkwijze volgens conclusie 7,met hetkenmerk, dat deeltjes met een korrelgrootte van 0,8 tot1,2 mm worden verwijderd.

9. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met hetkenmerk, dat de ontharding wordt uitgevoerd in eenkorrelreactor, waarvan het bovenste cilindrische deel verwijdis.

10. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de korrelaftap en entmateriaaltoevoergeautomatiseerd zijn.